履帶式液壓挖掘機之行走裝置的設(shè)計及校核

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1、第五章履帶式液壓挖掘機之 行走裝置的設(shè)計及校核 挖掘機的行走裝置有多種結(jié)構(gòu)形式，山場上常見的主耍有履帶式、輪式和步履式行走裝雖，K 主要功能是支掠和運行，因此液斥挖掘機行走裝置應(yīng)盡最滿足以卜耍求： 圖5-1不同形式的行走裝置 （1） 驅(qū)動力：要冇較人的驅(qū)動力，使挖掘機在濕軟或高低不平貝?冇良好的爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能： （2） 通過性：在不増人行走裝置高度的前提I、?使挖掘機貝?冇較人的離地間隙，以提高其不平地而 上的越野性能： （3） 穩(wěn)定性：行走裝置具冇較人的支撐面積或較小的接地比壓，以提高挖掘機的穩(wěn)定性； （4） 安全性：挖掘機在斜坡卜行時不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提

2、高挖掘機的安全性； （5） 方便性：行走裝置的外形尺寸應(yīng)符介道路運輸?shù)囊蟆? 5.1履帶式行走裝置 履帶式行走裝置是國內(nèi)外挖掘機市場上應(yīng)用最為普遍的-種結(jié)構(gòu)形式，It突出的優(yōu)點是：牽引 力人，接地比壓小，因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力強，且轉(zhuǎn)彎半徑小，機動靈活。 缺點：運行速度低，運彳亍和轉(zhuǎn)彎対功率消耗人，否部件磨損快，鋼履帯板易損壞路而一般只作 場地內(nèi)部運行，長距離運行時盂借用其它運輸乍輛。 5.1.1履帶式行走裝置組成 履帶式行走裝置如圖5-2所示由“四輪一帶“（即引導(dǎo)輪2、支重輪6、托鏈輪7、驅(qū)動輪8、 履帶3）,張緊裝置4,行走機構(gòu)9,行走架6,推土裝置1 （選用）組成。

3、  圖5-2履帶式行走裝置 挖掘機行走運行時,馳動輪在驅(qū)動力矩的作用卜?產(chǎn)生一個拉力,企圖把履帶從支重輪卜拉出, 由J：支晅輪卜的履帯與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使整機克服阻力向前移動使騾 動輪卷動履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而住挖掘機沿著履帶軌道向前持續(xù)運行。 挖掘機轉(zhuǎn)向時，山安裝在兩條履帯上、分別山液壓泵供油的行走馬達通過對汕路的控制，很方 便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)挖捌機在各種地面、場地上運動。 1.履帶 履帶是將挖掘機的重力及工作和行走時的我荷傳給地面。挖掘機履帶按材質(zhì)可以分為鋼履帶與 橡膠履帶；鋼履帶耐磨性好，維修方便，經(jīng)濟性好因而運用普及：橡

4、膠履帶是為了保護路面不受損 傷一般運用在小型液壓挖掘機上。 鋼履帶由履帶板、鏈軌節(jié)、履帶銷軸和銷套等組成；常用屜帶板分為單筋、雙筋和三筋三種， 單筋履帶板筋較鬲，易插入地而產(chǎn)生較人的牽引力，主耍用推土機上；雙筋履帶板筋稍矮易「?轉(zhuǎn) 向，且履帶板剛度較好，三筋履帶板由J：筋多，使屜帶板的強度和剛度都得以提高，承匝能力人， 所以在挖掘機上廣泛應(yīng)用，三筋履帶板上有四個聯(lián)接孔，中間有清泥孔，為鏈軌繞過驅(qū)動輪時可借 助輪齒清除鏈軌節(jié)上的淤泥：相鄰兩履帶板制成搭接部分，防止履帶板之間夾進石塊而產(chǎn)生過高的 圖5-3履帶的典塑結(jié)構(gòu)及其組成 1 一左鏈軌節(jié) 2— 右鏈軌節(jié) 3— 銷軸 4— 銷套

5、5— 鎖緊銷套（用戶組製特制） 6— 用燈 7— 鎖緊銷墊（用戶組裝特制〉 8— 鎖緊銷軸（用八組裝特制） 9 一螺栓 10-螺母 11戕帝板 噸位不同的挖掘機選用節(jié)距不同的履帶，挖掘機用履帶的技術(shù)要求及規(guī)格尺寸可參考國家建筑 工業(yè)行業(yè)標準JG/T 57-1999,目前,該標準沒有涵蓋小挖和特大型挖掘機應(yīng)用的履帶規(guī)格,在這些 挖掘機履帶選型時，可根據(jù)機器的技術(shù)條件，參照履帶生產(chǎn)廠家的技術(shù)標準。 表5~1液壓挖掘機用主耍履帶節(jié)距規(guī)格 應(yīng)用機器質(zhì)量（噸） 3. 5~9 10~40 >40 節(jié)距(iron) 101 135 140 154 171 175

6、190 203 216 229 260 317 ? ? ? 2/24 2.支重輪 挖掘機的匝力通過支暇輪傳給履帶，在挖掘和行走時還經(jīng)常受到?jīng)_擊，所以支貞輪所承受的載 荷很人，支貞輪的匸況惡劣，密封性耍求可靠；支車輪的布置設(shè)計需考慮履帶鏈軌的節(jié)距，以免引 起卜?車共振現(xiàn)象。挖堀機用支重輪的技術(shù)婆求及規(guī)格尺寸可參考國家建筑匸業(yè)行業(yè)標準JG/T 59-1999《液壓挖掘機支重輪》以及生產(chǎn)廠家的技術(shù)標準。 I 2 9 3 4 565278 I 1 一螺塞 2— 端蓋 3— 軸 4— 軸套 5— 浮動油封 6— 浮動油封環(huán) 7— 0形圈 8— 銷 9— 輪體 圖

7、5-4支重輪的典型結(jié)構(gòu)及其組成 3.托鏈輪 用J：托起上部履帶，防止苴過度卜連。在托鏈輪的布盤設(shè)計時，需考渥履帶脫離驅(qū)動輪的離去 角和滑向引導(dǎo)倫的引入角，以減小履帯運行過程時的內(nèi)阻。托鏈輪的結(jié)構(gòu)與支重輪類似，所以在仃 些挖掘機上用支重輪來替代。挖掘機用托鏈輪的技術(shù)要求及規(guī)格尺寸可參考國家建筑工業(yè)行業(yè)標準 JG/T 58-1999《液壓挖掘機托鏈輪》以及生產(chǎn)廠家的技術(shù)標準。 圖5-5托鏈輪的典型結(jié)構(gòu)及其組成 3/24 1 一端蓋 2— 螺塞 3— 螺釘 4 一墊片 5— 軸套 6— 輪體 7— 浮動油封 8— 浮動油封環(huán) 9— 靖蓋 10— 軸 4?導(dǎo)向輪 用r

8、引導(dǎo)履帶正確運轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌，人部分液壓挖掘機的導(dǎo)向輪同時起到了支重輪 的作用，這樣可增加履帶對地而的接觸而積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面人多制成光而，中間仃擋肩 環(huán)作b向用，兩側(cè)的環(huán)而則能支撐軌鏈起支巫輪的作用。導(dǎo)向輪的中間扌當川環(huán)應(yīng)仃足夠的高度，兩 側(cè)邊的斜度要小，導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離愈小則導(dǎo)向性能愈好。 1 一輪體 2— 浮動油封 3— 浮動油封環(huán) 4 一螺栓 5— 墊圈 6— 銷 7— 連接板 8— 密封圈 9— 滑軌 10— 軸套 a—n 圖5-6導(dǎo)向輪的典型結(jié)構(gòu)及其組成 5.驅(qū)動輪 圖5-7驅(qū)動輪的典型結(jié)構(gòu) 4/24 用來將彳j?走機構(gòu)的動

9、力傳遞給履帶，因此対驅(qū)動輪的主耍耍求肚嚙介平穩(wěn)，并在履帶因銷套磨 損而伸長時，仍能很好嚙介，不得仃“跳齒”現(xiàn)彖。履帶行走裝置的驅(qū)動輪通常放在后部，這樣既 可縮短履帶張緊段的長度，減少功率損失，又可提高履帶的使用壽命。 6. 張緊裝置： 張緊裝置能夠調(diào)整履帶的張緊度，張緊裝置的彈費半履帶行走時產(chǎn)生過人的阻力時迫使導(dǎo)向輪 向驅(qū)動輪方向移動，并壓縮彈贊，使履帶松馳，起到綏沖和保護作用。 圖「8張毀裝置的典型結(jié)構(gòu)及其組成 1 一張緊油缸 2— 彈賃 3— 限位套 4— 支承座 5— 螺母 6— 螺釘 7— 組介燈圈 8— 加油工幾 7. 行走機構(gòu)： 行疋機構(gòu)包括行走馬達、彳

10、」淀減速機和行走制動閥。 行走馬達-般為變彊軸向柱塞斜盤式，帶仃停車制動器（濕式單片常閉式）。馬達宙來門泵的 壓力油操作旋轉(zhuǎn)，并將扭矩傳遞到行走減速裝宣。 行走減速機為多級行星齒輪減速式，降低行走馬達的速度，増人行走馬達的扭矩，使驅(qū)動輪和 履帶轉(zhuǎn)動。 行走制動閥的作用是保護行走汕路O 1 3 □ I s 1— 行?走制動閥 2— 行走馬達 3— 行走減速機 圖5-9行走機構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)及其組成 8.行走架 行走架一般由中間架與左右履帶梁組成，根據(jù)Jt結(jié)構(gòu)形式可分為X架（如圖5-10）與H架（如 圖5-11） ?目前市場上又根據(jù)苴卜車寬度的是否變化分為固定式與伸縮式。 圖5

11、-10 X型行走架 圖5-11伸縮式行走架 # / 24 # / 24 圖5-12推土裝置 9.推土裝置 在小型挖掘機上，一般都裝白推土裝置?其主耍功能是推土平地■同時在挖掘作業(yè)時輔助支撐, 增加整機的穩(wěn)定性。 1— 推十鏟 2— 軸 3— 軸套 4 一防塵圈 5— 螺栓 6— 螺母 7— 油杯 8— 護帕 9— 油缸 5.1.2履帶式行走裝置布置設(shè)計 一、 設(shè)計方式及步驟 履帯行走裝置由丁運行速度低，一般為1鴦km/h,因此設(shè)計時主耍保證支承性能，并兼顧運行 性能，其步驟是： (1) 初定“四輪一帯”等仃關(guān)參數(shù)和行走系結(jié)

12、構(gòu)布迓； (2) 計算承載能力，包括接地比壓和行走架結(jié)構(gòu)強度計算； (3) 選擇行走機構(gòu)傳動方案，擬定行走液壓系統(tǒng)，確定行走液壓馬達主參數(shù)和減速器速比，驗證行 走速度、爬坡能力和原地轉(zhuǎn)彎能力等。 二、 結(jié)構(gòu)布置及參數(shù) (1) 履帶支承長度L,軌更B和履帶板寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能均符介 要求: (2) 履帶節(jié)距t。和驅(qū)動輪齒數(shù)z應(yīng)在滿足強度、剛度的情況卜盡可能取較小值以降低履帶高度： (3) 驅(qū)動輪齒數(shù)一般為奇數(shù)，z=19~23。為使H。不致過人，又兼顧履帶運動的平穩(wěn)性，當t。取小值時 則z取大值，當t。取大值時z取小值? 8 / 24

13、 # / 24 驅(qū)動輪節(jié)闘直徑 式中：一驅(qū)動輪與履帶銷銷嚙合次數(shù)，T (5-2) (4) 根據(jù)規(guī)格化后的t。和z確定“四輪”直徑: (5-1) (5丿托璉輪在現(xiàn)在設(shè)計中為了提高托鏈輪的可靠性，托璉輪常用支重輪來代替; 當L>2000mm時.托鏈輪的個數(shù)為2, Lt?L/2；否則，取1個。 # / 24 r （6丿履帶板總和：/? = — (5-3) 計算后再圓幣。 式中： 厶‘一履帶全長， r2L + -r0 + ［丄~1）。+ 24 （5-4） 2 12丿 （7）履帶緩沖彈簧張緊力和工作行程的確定 履帶彳J淀裝置的導(dǎo)向輪通過緩沖彈簧和張緊裝豐固

14、定在履帶架上，它對沿履帶架滑動以改變輪 距，保證履帶的拆裝，減少運行過程中的沖擊，避免軌鏈脫軌。 緩沖彈費應(yīng)冇足夠的預(yù)緊力，該力應(yīng)保證緩沖彈簧不會因外來的微小沖擊而產(chǎn)生變形，引起履 帶跳動或脫軌，但過人會惡化履帶架受力，加劇零部件磨損，降低行走裝置效率。 緩沖彈簧安裝載荷: F=l. 35Fk (5-5) 式中:Fk 條履帶的牽引力,（N） 緩沖彈簧剛度: K廠F/山-厶） 式中： 尸一緩沖彈簧安裝載;荷；（N） Lo—彈簧口由長度：（m） Li —彈簧安裝長度：（m） 彈簧承受垠人嚴荷時長度： Li "o-(Fg/K。) (5-7) 式中: Fmg ：緩沖彈簧繪

15、人載荷；經(jīng)驗值F叫嚴2F 彈簧理論壓縮行程： (5-8) 彈簧理論斥縮行程應(yīng)小J：斥死行程：因驅(qū)動輪會夾石行走，剛斥死行程應(yīng)人「?或等齒高。 （8）行走系結(jié)構(gòu)布宣，根據(jù)已選定的輪距和四輪1徑確定四輪位宣 支巫輪數(shù)吊根據(jù)履帯架的長短而泄?？拷鼘?dǎo)向輪的一個支重輪，應(yīng)保證導(dǎo)向輪在緩沖彳J：程屮不 致受到干涉、靠近恥訓(xùn)輪的一個支重輪勿與從動輪相硼：盡靈避免支呃輪打履帯軌鏈在行走時發(fā)件： 共振。 驅(qū)動輪布置在后方可縮短履帶驅(qū)動段的長度，減少功率損 失。托輪主要用來限制履帯上分支垂度和抑制翹帶跳動。托輪 上輪緣平面的高度應(yīng)高丁驅(qū)動輪的節(jié)圓半徑,以便『履帶脫離 驅(qū)動輪的嚙介，便J：履帶借自幣;

16、滑向?qū)蜉喓捅鉐：排泥；導(dǎo)向 10 24 輪，驅(qū)動輪下方與支匝輪卜緣要冇一升變鼠，以防止剛性軌鏈在繞過導(dǎo)向輪時呈多角形的軌鏈節(jié)在 接地時頂起導(dǎo)向輪使整機搖見，升變吊為： 圖5-14升變量示意圖 *(l-cosa) (5-9) 11 24 # 24 （9）行走相關(guān)計算 A、行走機構(gòu)輸

17、出轉(zhuǎn)速口 (5-10) 式中： Q—進入行走機構(gòu)流鼠；（L/min） i 一行走減速機速比； q —行走馬達排戰(zhàn)；（cm3 / rpm ） 久一行走馬達容積效率： B、行走機構(gòu)驅(qū)動扭矩M (Nm) (5-11) 式中： P —進入行走機構(gòu)壓力：（Mpa） q —行走馬達排眩；（cm3 / rpm ） 幾” 一行走減速機機械效率； (5-12) C、履帯式存走裝迓廳走速度V V = 30*n *Z ? *10% （km/h） 式中： Z-驅(qū)動輪齒數(shù)； Dk—節(jié)惻直徑，（mm） D、履帯式行走裝置彳亍走牽引力 (KN) 式中: Z—驅(qū)動輪齒數(shù)： f。一履帶節(jié)

18、銖?（mm） # 24 5.1.3,履帶式行走裝置設(shè)計計算 一、承載能力計算 1、履帶接地比壓計算 1）平均接地比壓： 履帶式液壓挖掘機的兩條履帶與水平地而完全接觸，J1整機重心在接地面積的幾何屮心，對地 面產(chǎn)生的壓力稱為平均接地比壓： 卩=（5-13） 7 2/\L + O.35/7o） 式中： P-履帯平均接地比壓，（Pa） m —挖掘機的工作質(zhì)昴，（kg）； L 一履帶的接地長度，（m） b —履帶的寬度，（m） Ho—履帶高度，（m） g —重力加速度，g=9.81m/s2o 平均接地比壓是履帯式液壓挖掘機越野性能的一個重耍指標，可以用來與同類型號產(chǎn)品

19、作比 較。 2）最大接地比壓： 縱向最大接地比壓: 當工作裝置順著履帶方向，幣機幣:心在縱軸線上移動時，令c示偏心距，剛履帶兩瑞的最人、 最小接地比壓為: (5-14) 式中： G —整機合力； 當靜置工況時：G=mg 當作業(yè)工況：G?mg+作業(yè)力的垂直分力 當偏心距離0 = 0時，比壓呈矩形分布： 當偏心距離e

20、1 1 1 1 1 1 Pojx !^wuiiHpbm j p? III 2G (5-16) 圖5-15縱向比壓變化圖 當e諾時—嘰胡 橫向最大接地比壓 半工作裝豐垂直丁?履帶方向，整機重心在橫向屮軸線上移支時， 令C為偏心距，則 Gj+G, = G. + J 解得：g 如+ 2) 1 2B 當c = 時即到橫向Ai人比壓 2 Pmax = — (5-17) bL 比壓分布見圖5J6 II -般履帶式行走裝置8>-l故宙以上可知,Al人縱向比壓比放人 _ 3 橫向比壓兒減少址人縱向比壓希塑加人色，但色過人會增加轉(zhuǎn) L L 彎阻力。 h 任2

21、圖F16橫向接地比壓變化圖 在任意方向的最大接地比壓 當工作裝置位「與縱向小軸線成夾角為a (如圖5J7所示人 挖掘機合力G位J?以色為半徑的 2 圓弧上時，最大接地比壓： 令合力G繞V軸的傾覆力矩m =丄GBcosa，對x軸的傾覆力矩m 通過 ‘2 "2 2］屮隊+_ g) = GBcos a (5-18) p)bL = Gsina (5-19) p2bL+ pjb = G (5-20) 由式(549)可得 x =0 ?另 M、=0 G - 0 (/ Gsinci p^~bT (5-21) 將式(5-21)代入(5-20)得 9/ 13

22、/24 pjb= G(1 - sina 丿 (5-22) 將式(5-22)代入(5-18)得 2i1-slii6/X—--)= Bcosa 2 3 當"90時 (5-23) Bcosa 1-SLna (5-24) 圖『17任意方向接地比壓變化 由式(5?23)、(5-24)得 2G(1-sm)2 3bB —(1- suit/) -cosu B 所以 (5-25) P= Pt +P2 2G(1- ana) 3B —(1-an a)-cosa B bL 3b —Ql- smfl)-cos B sin a ~l7 (5-26) 2G 3B*

23、土 _1) B 當“今 lim p = lim — - “T— 由血=0得 da G 2 3B 2(1- sin^X- cos a) iu-su^-cos. 2(1-2+1) . 1 3B —(1 -1) — 0 B -Ql- sina)*?- cos a + ~L~ > =0 用試湊法可求得a值，將a值代入式（5?26丿即叮求得任意方向的最人接地比壓。 最大接地比壓決定了挖掘機能否在松軟地面上工作。因此研究履帶的最大接地比壓和最小接地 比壓的變化與重心位置的關(guān)系對正確設(shè)計履帶行走裝直是重要的。 2、履帶式行走裝置牽引力計算 挖掘

24、機行走時，鎰要克服行走中所遇到的各種運動阻力，牽引力也就是用「克服這些運動阻力 的。牽引力計算原則是行走裝置的牽引力應(yīng)該人「?總陰力，而牽引力乂不會超過機械與地面的附著 力。 14/24 1）履帶運行阻力計算 履帶運行時，由「?驅(qū)動輪與履帶軌鏈的嚙合，履帶銷軸間的摩擦以及支幣:輪，導(dǎo)向輪和張動輪 等滾動阻力和軸頸摩擦陽力等構(gòu)成了履帶運行的阻力；履帶式行走裝置的運行阻力有十?壤變形阻 力、坡度阻力、內(nèi)阻力和轉(zhuǎn)彎阻力及風(fēng)陰力和慣性阻力。 A?土壤變形的阻力 土壤變形阻力是土壤對履帶運行的阻力，由支乖輪沿履帶滾動，履帶使土壤受擠壓變形而引 起的.對「?一?條履帶的變形阻力為： 尸泌=

25、-Pt,hh~ 對J?雙履帯的變形阻力為： 幾=Pobh2 (5-27) (5-28) 式中：幾一土壤的比壓，（kPa） b —履帶寬度，（cm） 力一受壓表而下陷深度，（cm） B、履帶對地面的水平擠壓力 |勾5J8表示地面在履帶滾輪作用卜的變形惜況，若履帶寬度為b,則圜周上擠壓土壤的微段ds 的面積為bds,則bds面上所受擠壓力為： dFp = pbds 式中：p‘一深度力’處的比壓力，（Pa） 譏一變形土壤ds段圓弧面上的總擠用力， (N) 擠壓力的水卜分為： dFh = “你 sin a (a) 乂根據(jù)圖，設(shè)滾輪半徑為R，則有： ds =

26、Rda (b) p = PqIi1 = p0(Rcosa- Rcosa0) (c) 圖5-18履帶對水平地面擠壓變形 將式（b）和式（c）代入式（a）得: （lFh - bR2p0（cosasina-cosa0 sina\la 在土壤變形圓弧段的包角范用內(nèi)對上式積分，得到 16/24 Fh = t PobF P

27、o (5-31) (532) 將COSdo = R-h = 代入上式，并經(jīng)整理化簡得到單條履帯對地面的水平擠壓力: R (5-29) C、履帶的運行比阻力 雙履帶的地而總變形陰力Fd即為運行阻力: (530) 令履帶運行比阻力系數(shù)入嚴電 mg Fd =人 mg 將式(5-31)代入式(5-30)并整理得: 2 _ Fd _心;b 一屮嘰 /b I mg 2Lpbp 腹 2Lp 式中： Ad——運行比阻力系數(shù)，根據(jù)試驗確定，見農(nóng)5?2； m—機器總工作質(zhì)最，(kg) L——履帶接地長度，(ni) 表5-2運行比阻力系數(shù) 路而系數(shù)

28、比阻力系數(shù) 路面系數(shù) 比阻力系數(shù) 圓石砌的中級公路 0.05-0.06 濕地 0.10-0.15 堅實的土地 0.06-0.12 冰凍路面 0.03-0.04 野地 0.09-0.12 由以上分析町得到如卜結(jié)論： U)履帶運行阻力耳與0’成正比，故多支點履帶裝置比少支點履帶的地面變形阻力??； ⑵ 運行比阻力系數(shù)人與平均比壓力幾成正比： (3)運彳j?比阻力系數(shù)兒與卩。成反比，故地面愈松軟，阻力就愈人； (4丿運行比阻力系數(shù)人與般帶支承長度L成反比，如果從減小人來看，在同樣的平均比斥力 下，應(yīng)采用較長的履帶，而不用寬履帶。 在實際計算中，通常采用F

29、d =易〃農(nóng)計算運行比阻力；在坡道中運行比阻力為Fd = cos a 其中a為坡度角度。 2) 坡度阻力 坡度阻力是機器在斜坡上因門重的分力所引起的。設(shè)坡角為Q,則坡度阻力為: (5-33) (5-34) F$ = mg sin a 式中: m—挖掘機工作質(zhì)量,（kg） 3）內(nèi)部阻力 A?驅(qū)動輪與履帶的嚙合阻力Fnl 仏誌（1-血） 式中： 好一履帶緊邊張力，（N） %_驅(qū)動輪與履帶的啃介效率，一般取^=0.95 B.驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪軸頸的摩擦阻力 驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪軸頸處的靡擦阻力是由履帶的張力造成的，根據(jù)驅(qū)動輪的不同旋轉(zhuǎn)方向，可分 為兩種情況。 當驅(qū)動輪正向旋轉(zhuǎn)，如圖

30、5-19所示，即挖掘機向前行駛時，履帶卜分支為緊邊，上分支為松 邊。1點處履帶張力為F,,由驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩產(chǎn)生，2、3、4點處履帶的張力為耳，是由初始 張緊力及履帶上分分支懸垂造成的。將驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪軸頸上的靡擦力矩換算到朋動輪節(jié)圓上，則 有： 你嚴伉+3F）“x#N）（5-35） 式中： 廳一履帶緊邊張力，（N） 化一履帶松邊張力，（N） “一軸頸屮的摩擦系數(shù)， 用銅襯套，取“=0.08~0」0, 圖F19前進時履帶運行張力 （1 一驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑（假定 二者直徑相同），（m） D—驅(qū)動輪節(jié)圓直徑，（m） 肖驅(qū)動輪反向旋轉(zhuǎn)，如圖5-20所示，即挖掘機倒退行駛時，履

31、帶卜?分支為松邊，上分支為緊 邊。1點處履帶張力為化，2、3、4點處履帶的張力為斥，由驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩產(chǎn)生。同樣將驅(qū) 動和導(dǎo)向輪軸頸上的摩擦力矩換算到驅(qū)動輪肖圓上，則仃： FKF+3Fx* <6） 圖5"20后退時履帶運行張力 一般情況下,Fq= （O.O3~O?15） Ft >所 以人2比巴2人得多。 由此可見,當挖掘機倒退行駛時,履帶 屮的摩擦損失將比向前行駛時人。I人1此，挖 掘機行走時,一般應(yīng)后輪驅(qū)動,向前行駛。 C.履帶銷軸間的摩擦阻力 設(shè)履帶節(jié)距為t,驅(qū)動輪齒數(shù)為Z,則驅(qū)動輪每轉(zhuǎn)-圈，位J：節(jié)圓上的Z塊履帶板郁耍繞銷軸 轉(zhuǎn)動，每塊履帯板的轉(zhuǎn)角為： 4〃 ct =

32、— Z 在履帶張力作用卜毎塊履帶板銷軸轉(zhuǎn)過a角所做的摩擦功為： W產(chǎn)片二斥曲/號 （W） （5-37） 式中 —履帯拉力，（N） “I 一履帶板銷與孔的摩擦系數(shù)，ZA =0.25-0.4 d‘一履帶銷軸貢徑，（m） 如前所述.液壓挖掘機常用后輪驅(qū)動.前進和后退叭 履帶上卜分支中的張力是不同的，所以. 履帶銷軸的摩擦阻力F注的計算也分兩種情況。 a.如圖5J9所示，挖掘機向前行駛，當驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)一周時，在1、2、3、4各點均有 履帶板繞上或繞出，每條履帶的履帯銷軸屮的總摩擦功為： W =(FZ +3FQ)/i^f (W) (5-38) 設(shè)履帶板節(jié)距離為?則挖掘機行駛距離為

33、.*z 2 輪節(jié)幗上的摩擦阻力為： 匸伉+3幾切％ 5 一 : 2 因此每條履帶板銷軸磨擦阻力換算到驅(qū)動 (5-39) b、同理對得挖掘機后退行駛時履帶銷軸中的爍擦力％為: （F+3Fj 加％ F”廠一: -*/ 2 (5-40) D.支重輪的摩擦損阻力Fn4 這項損失的訃算和車輛沿軌道運動 樣。 F”廠等CM。+ 2/) "o (541) 式中： m—作用J：履帶上的總質(zhì)杲，（kg） 支幣;輪外徑，（m） d —支重輪銷軸外徑，（m） /一滾動肆擦系數(shù)；/=0.03^0.05 心一銷軸和支巫輪軸套Z間的摩擦系數(shù)：ZA =0.1  綜上所述，等

34、效到驅(qū)動輪節(jié)岡上的每條履帶總內(nèi)陰力分別為： 當挖掘機前進時： F” =仏 + F”，+ Fn, + 臨 （5-42） 當挖掘機后退時: 化=F祇 + F；2 + F：‘ + F”4 （543） 上面這些計算公式只白當知道履帶全部尺寸，即結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后才能使用，初算時，可取履帶 本身阻力等J?整機單邊垂直自重載荷mg的6%,即 Fn =0.06mg （N） （5-44） 考慮到這些損失，在計算內(nèi)阻力時也可取履帶行走裝置效率等P0.8o 4）轉(zhuǎn)彎阻力 履帶行走裝直轉(zhuǎn)彎時所受到的阻力較為復(fù)雜，具屮包括履帶板與地面的摩擦附力，履帶板側(cè)面 剪切土壤的阻力以及履帶板突筋擠斥土壤的阻力等。

35、這吐阻力耍全部進行詳細計算是閑難的，但因 第一項阻力最人，也是主耍的，所以重點研究履帶板在轉(zhuǎn)彎時與地而的摩擦阻力矩。 履帶板與地而的摩擦阻力矩主要與履帶上比壓的分布以及不同的工況仃關(guān)。對挖掘機來說， 由轉(zhuǎn)彎時機器空48, Ifijlil：作裝置是懸起的，因此戕帶比壓壟本上町看作均勻分布。 因些，履帯的轉(zhuǎn)彎運動可看作如圖5-21所示沿折線行走，即履帶由2至3、3至4為直線運行, 而在3處繞履帶自身轉(zhuǎn)一角度。 設(shè)履帶寬為b,接地長度為L, H L/b>5，則一條履帶的微面積bdx繞履帶中心點0轉(zhuǎn)動時的力 矩可表示為: 伽；=p^bxdx 式中： p—接地比壓，Pa： 山一挖掘機轉(zhuǎn)彎時

36、履帶與地面 的摩擦系數(shù)。 -條履帶的轉(zhuǎn)彎阻力矩為： 圖5-21履帶轉(zhuǎn)彎阻力計算簡圖 1 1 1 1 =2f dM m = 2p嗎bf xdx = —p/^bLr = — pt3m^L （ 5-45） 式中： m—挖掘機匸作質(zhì)量，（kg） L 一履帶接地長度，（m） 對J：雙履帶行走的液斥挖掘機，其轉(zhuǎn)彎阻力矩町認為是單條履帯的2倍，即 M m =扌“zgl ( 5~46) 烽擦系數(shù)"3與支承表面土壤性質(zhì)和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，可用經(jīng)驗公式表爪為 “ _ Amx (5-47) D 0.85 + 0.15- B 式中： R-行走履帶的轉(zhuǎn)彎半徑，(m) B-履帶軌

37、距，(m) "max-單側(cè)履帶制動條件.履帶轉(zhuǎn)彎時最人摩擦系數(shù)，見卜?表 表F3履帶轉(zhuǎn)彎時最大廉擦系數(shù)“中% 土壤性質(zhì) 心值 土壤性質(zhì) 心值 有雪的荒地 0.6-0.8 濕地。耕地 0.8-1.0 干的土路 0.7-0.75 沼澤地 0.85-0.9 干的沙路 0.8-0.9 潮濕的黏質(zhì)土 0.4-0.5 在實際計算時，"，值可近似選取，對「?堅實地面取較小值，對J：松軟地面取較人值，一般取 值范圍為〃3二0?4~0?7 當挖掘機轉(zhuǎn)彎時，可以把摩擦阻力矩換算為轉(zhuǎn)彎行駛阻力 e 丄 X (5-48) r 4 R 由此可見.轉(zhuǎn)彎行駛陰力與轉(zhuǎn)彎半徑

38、成反比。 將履帶平均接地比壓 加g 2bL (5-49) 22/24 代入式(548),可得 F =丄x山心 (5-50) r 2 R 由此可見，轉(zhuǎn)彎行駛阻力與履帶接地長度平方成正比。從這一點來看，加人履帶長度対轉(zhuǎn)彎是 不利的。 當液斥挖掘機以單條履帶制動轉(zhuǎn)彎時，履帶板側(cè)邊與地面刮土的附加阻力系數(shù)P(P=1.15)＞根 據(jù)式(547),由R?B?右“嚴“口，所以，此時的轉(zhuǎn)彎行駛阻力可表示為: 幾冷彳 S51) (5?52) 在方案設(shè)計初期，因履帯的輪距與軌距還未確泄，整機原地轉(zhuǎn)彎阻力按以卜經(jīng)驗公式來進彳J：驗 算： Fr =(0.7 ?0?9)“3噸 5)

39、 風(fēng)載阻力 風(fēng)戦阻力町農(nóng)用為： 化=辦代 <5-53） 式中：F -挖掘機的風(fēng)我阻力，（N） W 仇一挖掘機工作狀態(tài)的風(fēng)壓，取仏=250Pa, 人一挖掘機的迎風(fēng)面積,（m2） 6）慣性阻力 挖掘機的行走匸況較為復(fù)朵，慣性阻力主要指整機啟動行駛時的慣性力，慣性阻力存為： F, = （0.01"0.02）mg （N） （5-54） 綜上所述，以上6種運行阻力中，以坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力為址人，往往耍占到總阻力的2/3, 尤其液斥挖掘機的原地轉(zhuǎn)彎附力比機械式的繞一條履帶轉(zhuǎn)彎阻力更人，但轉(zhuǎn)彎和爬坡一般不同時進 行。因此，可以根據(jù)上坡時作ft線行走的情況計算履帶行走裝置，并根據(jù)平道上轉(zhuǎn)彎

40、的情況來驗算。 故在實際計算紐帯行走裝宣的牽引力時，總是從卜両兩種組合情況中選用較人者，即 爬坡時： F廠 Fd + F$ + F「F“ + Fj （5-55） 轉(zhuǎn)彎時： &二巧+仔+佇+化+廳 <5-56） 式中： 仔一履帯式液壓挖掘機的行走牽引力，（N） 幾一履帶式液床挖掘機行走時的運行阻力，（N） 耳一履帶式液壓挖掘機行走時的坡道陰力，（N） 仟v-履帯式液壓挖掘機行走時行風(fēng)我阻力，（N） 巴一履帯式液壓挖掘機彳j?走時的轉(zhuǎn)彎阻力，（N） 仔一不穩(wěn)定運動狀態(tài)時的慣性阻力，（N） 你一履帶式液壓挖掘機行走時的內(nèi)阻力，（N） 在對液壓挖捌機的履帶底盤進行設(shè)計計算時，冇些阻力

41、很難精確計算，因此可用整機蛍力估算 液壓挖掘機的行走牽引力，即： f；.=（0.70~0.85）mg （5-57） 若挖掘機的液壓功率P 丁為已知，則可根據(jù)卜?列公式驗算彳j?走速度等參數(shù) p _ 2 （5-58） T 36OO77& 式中： Pr —液壓泵的輸出功率，（kW） 〃—行走傳動機構(gòu)的效率,取0.8~0. 85； &，-泵或馬達的變罠系數(shù)（如采用定時泵和定磺馬達，則取&=1）; Ft—^ 引力，（N） u—行走速度，（km/h） 采用變就泵系統(tǒng)的挖掘機在爬坡或轉(zhuǎn)彎時可根據(jù)阻力的增加，門動降低彳亍走速度，增加牽引力: 在平坦路面上又能口動提速，提離行泄速度。內(nèi)此，

42、牽引力和行走速度兩者通常都能滿足耍求。 在采用定昴泵系統(tǒng)時，如果發(fā)動機功率不太富裕，則可以適當降低行走速度，滿足必冷的最人 行走牽引力，使挖掘機在一般路面能實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。 目前采用變屆泵或變吊9達的履帶式液壓挖掘機的最人行走速度」般在2.5~5.5km/h范國內(nèi)， 釆用定磺泵和定晟馬達的行走速度一般在1.5?3km/h范川內(nèi)。人型液壓挖掘機的行走牽引力相對J： 整機重力的比值和行走速度都較中小型液壓挖掘機的低. 為了保證挖掘機在坡道上運行，W驗算直附著力，即牽引力必須小J：履帶和地面之間的附著力: FT

43、數(shù) 7}-挖掘機的地面附著力，（N） 加一挖掘機整機質(zhì)鼠，（kg） a —坡度角。 表5-2履帶和地面間的附著系數(shù)（P 地面情況 平履帶 貝冇尖筋的履帶 地面情況 平履帶 具冇尖筋的履帶 公路 0.3-0.4 0.6-0.8 難以通過的斷絕路 0.2-0.3 0.5-0.6 土路 0.4-0.5 0.8-0.9 結(jié)冰的堅實道路 0.15-0.3 0.3-0.5 不良的野路 0.3-0.4 0.6-0.7 例：設(shè)計一履帶式液床挖掘機，己知機電G=8500kg,采用雙聯(lián)軸向變最泵，液斥泵址高斥力 P=27.5Mpa, /人流Q-

44、=2*85L/min，兩泵分別驅(qū)動左右彳j走馬達，履帯卩距154mm,張動輪 齒數(shù)為Z=21,行走減速機的速比1=50,行走馬達高速排吊［①=32C〃『門卩加，行走馬達低速排鳳 q2 = 55cm3 / rpm ,行走馬達容積效率久= 0.96,行走減速機的機械效率幾=0.86。計算: 1） 行走機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速與驅(qū)動扭矩： 2） 行走裝置的行走速度與牽引力： 3） 行走機構(gòu)高速時原地轉(zhuǎn)彎能力校核； 4） 低速時彳亍走裝宣能否爬角度為30度的坡。 解：1）行走機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速與驅(qū)動扭矩： Hi n = Q可川得 q 85 高速時行走機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速為：,?i =:那 久=nF 996

45、= 51 （rpm） / * 50*32 低速時行走機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速為:(ipm) 由a/二冬久可知 2n 莎式039.67 高速時行走機構(gòu)驅(qū)動扭矩為: 27 5* 32 *0.86=6022 (Nm) In 低速時行走機構(gòu)驅(qū)動扭矩為：％身“晉 986 = (血 2)行走裝置的行走速度與牽引力: 馳動輪節(jié)H Dk = 154 =522.4675 (mm) sin 180 ~21 由V = 30*n*Z*Dx.字 10_\?可知 行走裝置高速時行走速度: Vi=30*az1*Z*Dji ?lO^r =30*51*522.4675*10^ =5.02(km/

46、h) 行走裝置低速時行走速度： V, = 30 * /?, * Z * ? IO-4,. = 30 ? 29.67 * 522.4675 * IO-6 = 2.92 (km/h) 由T = — =M^2n可知 R 行走裝置高速時驅(qū)動扭矩: 6022*2^ =4610?5 ⑴) 154*21 行走裝置低速時驅(qū)動扭矩: A/2 *2^ 10351字2〃 154*21 = 79247.3

47、 26/24 Fn = 0.06/wg = 0.06*8500*9.8 = 4998 （N） 行走裝置原地轉(zhuǎn)彎時的總阻力為 F = Fn +Fr= 4998 + 39984 = 44982 高速時行走牽引力7； =46107.5>44982*所以原地能轉(zhuǎn)彎。 4）低速時彳J：疋裝豐能否爬角度為30度的坡 30度坡道阻力為： F, = mg sin a = 8500* 9.8* sin 30= 41650 （N） 運行比阻力為： Fd = Admgcosa = 0.12 * 8500 ? 9.8*cos30 = 8657 （N） 運行比阻力系數(shù)取人=0.12 行走裝置的

48、內(nèi)阻力為 Fn = 0.06加g = 0.06*8500*9.8 = 4998（N） 行走裝置爬30度坡的總阻力為： F =廠 + 你 + F“ =41650+ 8657 + 4998 = 47517 （N） 低速時行走牽引力T2 =79247.3 >47517,所以爬30度坡。 二.行走架結(jié)構(gòu)強度計算 行走架按挖掘作業(yè)工況和彳J：走轉(zhuǎn)彎工況確定我荷。 計算位置選擇在支承點町能出現(xiàn)最人的支反力位賈。 對反儼作業(yè)，一般考渥有： 1） 橫向挖擁，動劈上，卜較點連線水平，斗桿鉛直，鏟斗缸挖掘，切向挖掘阻力鉛直向上時: 2） 滿斗卜降制動，動宵由最高卸我位置卜降到最人卸栽半徑時。

49、對正儼作業(yè)，一般考底勺： 1） 橫向挖掘，動臂缸和斗桿缺力臂最大，鏟斗水，斗桿缸挖掘時（或鏟斗缸挖掘）。 2） 在最人挖掘半徑位置進行橫向挖掘，或滿斗卜降制動，動臂ft!最高卸我位置卜降到最人卸 我半徑時： 行走架系空間結(jié)構(gòu)，為簡化計算作如卜假定： 1） 將行走架分解成底架橫梁和履帶架兩部分，前者簡支在后者上； 2） 轉(zhuǎn)臺及其上而各種裝宣的門重都視為集屮我荷，分別作用在工裝的方向上； 3） 按三支點考慮支反力。 1、底架橫梁結(jié)構(gòu)強度計算 以A, B, C為支承點，動臂位「垂直i B. C連線的方向，轉(zhuǎn)臺以上豆力G2和挖掘阻力F\vl 22,24 的介力作用J：M點，與回

50、轉(zhuǎn)支承中心線的距離離為s,底架橫梁門耋力G1作用J：回轉(zhuǎn)中心。 由^v = o得： Ra + Rb + Rc = G] +G? + Fwl 由:ZX卄o得： 年+G +盡 a bs b as =Rffb (5-60) 恥 G + fJ 幕輕Ug + fJE abyla ? +lr ab (5-61) (5-62) (5-63) 色 + y + F巴 _ G + F) _r 2 2 - ab硏序 危險截面處1一1的彎矩為： M — = ^Ae 2、履帶架結(jié)構(gòu)強度計算 按一條履帶町能出現(xiàn)垠為不利的載荷考慮，為此假定履帯只通過端部柴動輪或?qū)蜉喼С性诘?

51、面匕；或由履帶架中間的一個支匝輪支承在地面上等兩種匸況。 工況1：假定由Al, El, D1三點支承，動臂位J; Al, D1連線的垂直方向，則E1點的支反 力為, 心=G+B）瑋半 564） 在橫梁支承點處的履帶架斷面的彎矩為： M-咻（D 工況2：橫向挖掘，假定一邊履帶架僅由履帶架中間 的-個支巫輪支承時，則此E點的反力為： 心=辛+笛邑+（$+倫斥 （5-65） 式中：G：—下車1R力 履帯架中段斷而處彎矩為： =扛』 （5-66） 4 對行走轉(zhuǎn)彎匸況，履帶卜?分支受橫向水平力作用.該 水平力按三角形分布，如圖所示，履帶架將產(chǎn)生橫向彎矩 和扭轉(zhuǎn)。 圖5-23履帶梁計算簡圖 運行工況應(yīng)考慮F坡并轉(zhuǎn)彎,工作裝置較大外伸時。 30 24